AGW - Ingenieurgeologie

Geothermal-Lab

Die Ingenieurgeologie der Angewandten Geowissenschaften des KIT befasst sich seit 2001 mit den unterschiedlichsten Fragestellungen im Bereich der Geothermie und der Urbanen Wärmeinseln. Hierbei wurden mehr als 20 Forschungsprojekte bearbeitet, die vom Bund, dem Land Baden-Württemberg, sowie von der Industrie gefördert wurden. Neben der Untersuchung von innovativen Anwendungsfeldern und Technologien zur Nutzung der geothermischen Energie, wie z.B. von Wärmerohren und Mega-Erdkorbspirallösungen, ist ein Hauptaufgabenfeld die Erforschung und Entwicklung von Hinterfüllmaterialien für Erdwärmesonden, sowie die Qualitätssicherung beim Design, Bau und Betrieb von Erdwärmesondenfeldern.

Im Rahmen der Forschungsprojekte werden die physikochemischen und thermischeren Parameter von Reservoir- und Speichergesteinen sowie von Baustoffen und Arbeitsmedien bestimmt. Darüber hinaus werden prozessorientierte Monitoring-Systeme in die Versuchseinrichtungen implementiert. Bei allen Fragestellungen liegt der Fokus auf der praxisnahen, experimentellen Datenerfassung unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten. Bei der Lösung der anwendungsspezifischen Fragestellungen wird nach der Methode des Upscaling ausgehend von Laborversuchen über Technikumsversuche bis hin zur Errichtung und dem Betrieb von Testfeldern vorgegangen. Hierzu werden neuartige Versuchseinrichtungen entwickelt, die auf wissenschaftlicher Basis nach dem Stand der Technik ausgelegt sind und der Fragestellung des jeweiligen Forschungsprojekts angepasst werden.

Weitere Studien befassen sich mit den speziellen thermischen Bedingungen im Untergrund von städtischen Gebieten. Zahlreiche natürliche und anthropogene Wärmequellen führen dort zu großflächigen Temperaturerhöhungen im Grundwasser, den sog. urbanen Wärmeinseln im Untergrund. Aktuelle Projekte befassen sich mit der analytischen und numerischen Simulation der Wärmetransportprozesse im Untergrund, sowie den ökologischen und thermischen Folgen, z.B. im Rahmen der oberflächennahen geothermischen Nutzung.

Für Forschung und Lehre, sowie für die Kooperationen mit Industriepartnern ist das interdisziplinär angelegte Geothermie Lab mit umfangreichen Messinstrumenten und Versuchsanlagen ausgestattet, sodass ein breites Spektrum an Untersuchungsmethoden von kleinskaligen Gefügeuntersuchungen bis hin zu großmaßstäblichen Testfeldern abgedeckt werden können.

Thermal Response Test
Temperaturmessung mit Glasfaserkabel währen eines Thermal Response Test (TRT).
Erdwärmekorb
Ein eingebauter Erdwärmekorb.

Laborgeräte

Autoklav: Zur Untersuchung der Wechselwirkung von Gesteinen und Werkstoffen aus Geothermieanlagen mit unterschiedlichen Wässern besitzen wir einen Autoklav. Hier können Versuche mit Temperaturen von 200°C und Drücke von 200bar in unterschiedlichen Gasatmosphären durchgeführt werden.

Elektrochemische Messzelle: Hoch salinare Wässer können an Rohrleitungen, Wärmetauschern und anderen Bauteilen einer geothermischen Anlage zur Korrosion führen. Mittels der elektrochemischen Messzelle können die ablaufenden Prozesse unter unterschiedlichen Versuchsbedingungen untersucht werden.

Hochdruck Hochtemperatur Durchflussmesszelle: Mit unserer Hochdruck Hochtemperatur Durchflussmesszelle kann die Wechselwirkung zwischen salinaren Wässern und durchlässigen Gesteinsproben bei 200°C/200bar untersucht werden.

Kalibrierenheit für Temperaturfühler: Mit unserer Kalibriereinheit können alle gängigen Temperatursensoren kalibriert werden.

Penetrationsversuchseinrichtung: Beim Verfüllen einer Erdwärmesonde mit einem zementhaltigen Verfüllbaustoff treten unterschiedliche Prozesse wie Filtration, Sedimentation, Penetration, usw. auf, die die Verfüllqualität maßgeblich beeinflussen. Um die Penetration untersuchen zu können, haben wir eine Versuchseinrichtung entwickelt mit der das Eindringverhalten der Verfüllung in Sedimente qualitativ und quantitativ bewertet werden kann.

Wärmeleitfähigkeitsmessgerät: Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen und Baustoffen steht uns ein Wärmeleitfähigkeitsmessgerät Isomet 2104 der Firma Applied Precision mit Oberflächensonden sowie Nadelsonden zur Verfügung.

Feldgeräte

Temperaturmessung: Es stehen mehrere Datenlogger (Ahlborn & Agilent Technologies) zur Temperaturmessung im Feld und Labor zur Verfügung. Hier können je nach Fragestellung PT-100, NTC sowie Thermoelemente angeschlossen werden. Ferner stehen 2 DTS-Messgeräte der Firma AP Sensing zur Verfügung. Um die Glasfaserkabel an die Standortbedingungen anpassen zu können, verfügen wir über ein Spleißgerät von Opternus.

Thermal Response Test: Wir verfügen über einen ERGT. Hierbei haben wir die Möglichkeit über ein leistungsstarkes Netzgerät die Heizleistung entsprechend der Bohrtiefe anzupassen. Für die Erfassung der Heizleistung ist ein Datenlogger von Ahlborn installiert. Die Temperaturaufzeichnung erfolgt mittels eines DTS-Messgeräts von AP Sensing. Die Messanordnung ist in einem Kofferanhänger fest installiert. Mit dem GEOsniff TRT PRO KIT steht uns eine zweite innovative TRT-Messmethode der Firma enOware GmbH zur Verfügung.

Bodenluftmessung: Es stehen mehrere Messgeräte zur quantitativen Bewertung der Bodengase sowie der Gaspermeabilität zur Verfügung: (1) Gasdurchlässigkeit mit Bodenluftpermeameter, (2) CO2, CH4, H2S, O2 mit AirTOX Bodenluftmessgerät, (3) Radon.

Vorortparameter: Bestimmung der Vorortparameter Dichte, Absetzmaß, Marsh-Zeit im Zuge einer Erdwärmesondenbohrung

Grundwasserstand: Mehrere Kabellichtlote zum Teil mit Temperatursensor. Automatische Drucksensoren inklusive Temperatursensor (Diver) zur kontinuierlichen Wasserstandsmessung

Pumpversuchseinrichtung: Verschieden Pumpen (z.T. mit Frequenzumrichter gesteuert) und Durchflussmesser zur Durchführung von Pumpversuchen.

Physikochemische Parameter im Grundwasser: Durchflussmesszellen zur Messung der physikochemischen Vorortparameter wie pH-Wert, Redoxpotential, Leitfähigkeit, Sauerstoff sowie Multiparametersonden für Druck, Temperastur und Sauerstoff

Klimastation: Klimastation zur Erfassung der Temperatur, Luftdruck, Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Strahlung sowie Niederschlag

Probennahmegerät zur Entnahme von Thermalwasser aus Geothermieanlagen: Es steht ein Probennahmegerät zur Entnahme von Thermalwasser aus Geothermieanlagen zur Verfügung. Das Gerät ist für 120°C und 20bar ausgelegt und kann die Wasserproben während des Transports druck- und temperaturkonstant halten.